智能矿山建设实践_王自亭_.pdf

一、实施背景随着国家政策的引导推动和科学技术的不断进步，加快建设智能矿山，推进企业高质量、高效益、安全、绿色发展已成行业共识，也是矿山企业抢占发展制高点的必然趋势。作为劳动密集型的矿山企业，人工成本在整个生产成本中占比逐年提高，以“无人化”为主线建设智能矿山，实现矿山企业数字化转型，高水平打造信息化环境下新型核心竞争能力，为跃升式发展赋予创新动能，是企业实现可持续低成本运行、高质量发展的重要路径。随着马城、马矿、水厂等多个地采矿山的建设及综合利用及产业化发展，首钢集团有限公司矿业公司（简称“首钢矿业公司”）迎来了第三次大发展的重要战略机遇期。二、主要做法（一）搭建智能矿山体系框架2019年，首钢矿业公司打破专业之间、专业与厂矿之间的界限，在公司范围内成立了智能采矿、智能选矿、智能运输三个智能矿山课题研究小组，系统研究了智能矿山标志标准、实现途径，梳理了现状，确立了以“无人化”为主线的建设思路，全面启动了智能矿山建设。1.三大目标设计智能矿山建设总体目标，即现场无人化、操控集约化、管理智慧化。2.四大平台构建智能矿山四大平台，即智能采矿、智能选矿、智能运输、智慧管理，作为扎实推进智能矿山建设的根本路径。3.申报企标编制智能矿山企业标准36条，并向相关政府部门申报备案，为国内矿山企业发展智能矿山提供目标和基准。（见图1）4.规划蓝图编制智能矿山建设“十四五”规划及三年行动方案，为中远期智能矿山建设提供了决策依据和指导。（见图2）5.制度机制制定智能矿山建设管理制度，明确智能矿山建设目标、建设原则、职责分工、建设标准、考评管理，建立智能矿山建设职责体系，规范智能矿山建设。（见图3）6.专项推进对标对表智能矿山建设标准，梳理现状，明确差距和不足，循序渐进，每年形成“智能矿山建设专项方案”，确定具体项目并组织实施。（二）研发构建四大平台1.研发构建智能采矿平台（1）研发井下电机车无人驾驶，实现全自主运行。经过近两年不断优化提升，杏山电机车由原井下无人驾驶、地面操控，升级为按智能配矿规则自主选择溜井，自动对位、自动装矿、自主控速、自动卸矿，已实现机车全自主运行，取消地表操控。（2）研发移动单体设备，实现远程操控。对杏山1400E铲运机实施远程操控改造，已实现行走、转向、制动、铲斗控制、大臂控制、灯光、喇叭智能矿山建设实践创造单位：首钢集团有限公司矿业公司主 创 人：王自亭 黄佳强创 造 人：张建军 张金华 刘兴强 徐 军摘要当前，随着数字化、智能化技术的广泛应用，智能矿山建设已成为矿山行业发展的必然趋势。首钢集团有限公司矿业公司秉承“首钢为首”的创新基因，以“现场无人化、操控集约化、管理智慧化”为目标，前瞻性地开展数字矿山向智能矿山转型的探索与研究，创新构建了“智能采矿、智能选矿、智能运输、智慧管理”四大平台，形成36条智能矿山企业标准，为国内矿山企业发展智能矿山提供了“首钢方案”。关键词钢铁企业；智能矿山；数字化转型Innovation World Weekly|63Classic Case 经典案例Experience 借鉴等遥控调试，已投入现场实际运行；1354台车完成穿孔系统平移、仰俯、旋转盘旋转、推进梁延伸定位、钎杆库旋转、凿岩机上旋、下旋、机械手摆动等远程遥控试验；喷浆台车机组少人化控制取得突破性进展，无线遥控器能够实现点火着车、灯光控制、前进后退、转向、刹车制动及转罐动作等。试验成功后，每台可减少井下作业人员4人。（3）研发流程设备无人化，实现集中操控。马城铁矿1#副井提升机由1名监控司机集中监控运行，比传统模式节省司机、信号工58名，对比人工操作，省去了中间联系环节，提高了副井运行效率。实施杏山铁矿副井电梯式自助运行，取消各段面操作人员，乘梯人自助操作，主副井一体化控制，集控中心集中监控，释放现场操控岗位19人。实施杏山-428计量装矿无人值守改造，利用机器视觉技术识别大块、取消现场操作，现场岗位由2人调整为1人/班。实施通风、排水自主经济运行，供电系统集中操控，实施全产线集中操控，优化集控人员。（4）搭建露天采矿智能调度平台，实现一体化操控。以全球卫星定位、无线通讯等技术手段，研发矿车智能调度系统，实时监控矿车、电铲的位置及工作状况，自动向矿车、电铲下达作业任务，实现车铲动态配比、自动调度，搭建了可视化、智能化、一体化的露采生产管控平台。（5）实施对标对表，实现系统协同建设。为高水平建设新型地采矿山，针对马城铁矿建设，对照智能矿山建设标准，编制了智能矿山对标分析表，明确了对标结论和后期的管控重点及措施，有利于严格按智能矿山建设标准，落实设备选型及工艺配置，高标准组织项目建设。2.研发构建智能选矿平台（1）实施现场无人操作。先后实施大石河粗、细破碎机远程控制，由现场岗位操作，改为主控室远程操作，释放现场操作岗位8人；水厂选矿新厂一键启停，实现磨选一键启动，释放现场岗位4人；干排砂圆筒筛远程控制，改由干排主控岗位操作，释放现场操作岗位4人；水厂尾矿无人值守优化升级，实现尾矿区域设备集控室远程控制，释放4名现场操控岗位；水厂新破碎智能监控，在线检测11台破碎机油箱液位、供油压力、进口油温等，实现异常预警，减少现场点检工作量，提高设备状况掌控时效性，释放现场岗位4人；水厂火车自动装车，集成火运装车精度控制系统，自动获取应装车量，自动检测车号，匹配应装车量，自动检测车辆位置，自动控制定量给料机按应装车量一键装车，释放人力资源5人；水厂干选矿自动装车，实现自动叫车、自动指挥对位、自动装料，取消装车岗位，释放人力资源8人；水厂破碎站自动监翻，实现3个破碎站与皮带系统一键启停，自动指挥车辆翻卸，取代现场指挥人员，释放现场岗位17人；水厂、实业公司通过搭建技防系统实现减少固定看护岗位，释放现场人员23人。（2）实施一个产线一个集控中心的集中控制。以“现场无人操作、一键经济启停”为目标，搭建裴庄、二马建材产线一张图操控系统。在取消现场操作的同时，实现按中间仓料位分段自主经济启停，减少人为调控，集成破碎机、除尘器、制砂楼等成套控制系统，避免设置分散控制室，最大限度压减集控人员。（见图4）（3）实施流程产线自主调控。总结岗位操作规则，摸索调控模型，纳入自动控制，推进流程自主调控。大石河水源智能经济供水，实现全智能自主运行，取消人工操作，释放现场岗位11人；设置峰谷平启停泵水位，实现深井泵按电网时段智能经济运行，降低电价；按末端压力恒压供水，避免浪费出口压力，降低吨水电耗。水厂采区智能排水、生活供水智能运行、杏山井下排水智能运行项目，在取消人为操控、调整的基础上，实现了谷期多运行、峰期少运行的智能经济运行目标。实施二马、裴庄建材产线破碎机稳定给矿控制，有效减轻了集控岗位的劳动强度，破碎机台效提升约17%，避免衬板偏磨，衬板寿命提高15.6%，用电单耗由6.5kWh/t 降为5.54kWh/t；裴庄产线依据制砂成品率，智能调节制砂楼给矿量，棒条筛、12#皮带等恒台效控制，均减少了集控岗位调整工作量。（见图5）（4）实施智能联控，筑牢防风险屏障。大石河磁尾装车工控系统与智图3 智能矿山建设管理制度图2 智能矿山中长期规划图1 智能矿山企业标准64|创新世界周刊|2023.3能计量联控，释放现场放料岗位4人，实现“非客户车辆不能计量未经过皮计量不能放料超设定装载量停止放料未完成计重系统预警不可出厂完成计重关闭放料功能、防止计重后添加”的全销售流程智能管控；杏山、二马、水厂、大石河大采多个门卫纳入门卫管理系统，并与智能计量系统联控，实现非注册车辆进出场预警、客户车辆未计量或未完成计量不得出场、无货车辆出场预警等多项预警及物料品种核实、追溯功能，防风险能力全面提升。汽车仓自助装车项目，与智能计量系统联控，实现了非客户已过空车辆不能装车、物料品种不对应不能装车，规避了装车岗位取消后货物冒领及不计量风险。3.研发构建智能运输平台（1）研发运输一张图调度系统。截至2021年8月份，一期项目已经完成，实现了四大目标：一是实现单乘制。通过搭建安控系统，实时监控机车周边运行环境；实时掌控机车运行状况，实现接近信号灯、道口、限速区域运行预警等，司乘人员由两人减至一人，释放人力资源40人。二是调度指令直达机车。三是搭建可视化、一体化、实时化运营管控平台。在一张图内，实时掌控所有机车的位置、运行状态、任务、所挂车辆、物料以及站场、道岔、信号、道口等信息。四是实现运行能力智慧分析。下一步，要围绕以下目标将一张图调度系统升级为智能调度平台。第一，以行车任务自动调控道岔、信号、道口，取消线路设施的人工调控。第二，设置移动闭塞区间，实现跟车运行。第三，智能派车、智能调度。在系统内下达综合调度指令，实现自主选择机车、车辆，规划行车路线，安排运行顺序。第四，无人驾驶。完善机车自感知系统，实现自主操控、无人驾驶。（2）实施附属运输系统集中操控。实施运输35个道口远程集控改造，减少8处有人看管道口，释放人力资源32人；卸车环节，实施翻车机集控改造，实现烧结1#、2#翻车机集中控制，迁钢2#翻车机与解冻库集中控制，释放集控岗位8人；装车环节，通过装车精度管控系统与现场工控系统联控，自动识别车号、下载应装车量、自动对车、定量装车，实现裴庄、水厂火车仓精准自动装车。（3）实施GK1内燃机车遥控改造。迁钢区域GK1内燃机车用于铁水倒运等工作，原来由乘务员在司机室内操作机车，调车员负责指挥机车进行倒调作业，并负责行车安全。通过无线遥控改造，取消了现场调车员，释放现场作业人员28人；同时，实现乘务员在安全位置操作机车，远离出铁口、铁水翻卸区、鱼雷罐体等高温、高危区域，实现本质安全；在通过特殊点位、高危道口，乘务员在车下徒步引导、遥控操作，确保瞭望视线无死角，减少行车安全隐患。4.研发构建智慧管理平台（1）横向上，逐个专业系统搭建管理平台以业务系统内处置、智能预警、智慧分析、辅助决策为目标，建设、完善专业信息系统，搭建数据源唯一、系统间互联、专业间互通、与ERP集成的专业管理平台。建设设备健康管理系统。全面提高设备管理水平，推动设备管理理念和管理方法的变革。一是实现设备运行参数实时监控，提升了管理精细化水平。目前4个主业厂矿16大类752台套设备的4033个运行参数已实现自动采集、系统内监控、预警，搭建了现场化可视化管理环境，实现设备管控由看表象到观内在的转变；设备状况由周期性点检升级为不间断实时诊断，实现了结果管控向过程监控的跨越。二是实现设备健康自诊断，提高了管理的智慧化水平。组织创建75个健康评价数学模型，自动分析监测数据、评价健康指数，初步实现了设备状况趋势预测、设备隐患早期预警，提升了预知维修能力，减少了对图5 水源智能经济供水图4 裴庄产线实时监控分析系统Innovation World Weekly|65Classic Case 经典案例Experience 借鉴人的依赖，推进经验型管理向智慧型管理转变。三是实现多系统集成，搭建了一体化管控平台雏形。系统集成了SAP设备隐患管理、厂矿工控系统，初步形成了互联互通的一体化专业管理平台雏形。四是丰富管理内涵，扩大管理外延，提升了管理效能。系统在管控设备健康状况的同时，还扩展到设备效率、设备能耗等经济运行领域，为其它专业提供了信息化支撑。建设智能计量平台。一是系统勾稽购销订单，并自动归集、核算订单执行情况，超订单量不能派车，规避无订单发货、超订单发货风险，取消了人工核对、归集订单。二是通过手机App，实现了客户在系统内、自己的订单下派车，规避了货物冒领、错结风险，取消了手工填制、录入提货单。三是通过车号识别，自动勾稽客户及订单，通过上磅状态监控、自动计量，形成磅单，取消了人工录入车号、客户及计重，提高过磅效率，规避作弊风险。四是通过装卸车岗位系统内确认，规避了错装物料、计重后添加、不在指定位置卸货等风险。五是便捷的报表、分析及预警功能，为客户、司机、生产单位、销售部门等各相关方提供了便利，实现了物流、信息流、资金流三流合一。建设全能源管控系统。一是全面整合公司及各单位水、电平衡系统，将水、电、油、气等能源数据实时采集至公司服务器